第1章 富勒烯、内嵌富勒烯和富勒烯衍生物的合成与分离
1.1 引言
早在20世纪70年代，理论研究者就预测了笼状全碳分子C60存在的可能性。1985年，H.W. Kroto等在激光气化石墨的实验中发现了C60[1]，这种分子的结构既不同于金刚石，也不同于石墨，而是碳的第三种同素异形体。这一发现不但开创了碳元素研究的新时代，而且直接促进了纳米科学研究热潮的到来。正是因为这一分子独特的电子、几何结构以及对纳米科学研究的促进作用，1991年国际权威杂志Science将其评选为该年度的“明星分子”，其主要发现者H.W. Kroto，R.F. Curl 和R.E. Smalley 也因此获得了1996年的诺贝尔化学奖[2]。
C60一经发现，科学家们就被这种结构新奇的分子所吸引，然而，因合成与分离极其困难，实验研究并不广泛。1990年电弧放电法的发明使得富勒烯的宏量合成得以实现[3]，相应地，对富勒烯的研究得以广泛展开。
自从富勒烯C60被报道后，因其独特的中空笼状结构，科学家们试图将原子或小分子嵌入碳笼之中，从而得到内嵌富勒烯。在富勒烯科学研究的早期，科学家们通过离子注入法将惰性气体原子以及氮等原子嵌入碳笼之中，但是产率很低。1990年电弧放电法的发明，不但解决了富勒烯的宏量合成问题，同时也解决了内嵌富勒烯的宏量合成问题，该方法也成为目前最高效、最常用的合成内嵌富勒烯和富勒烯衍生物的方法。激光气化法也是比较常用的合成内嵌富勒烯的方法。大量的合成实验表明，内嵌富勒烯的主体是内嵌金属富勒烯。无论是电弧放电法还是激光气化法，都涉及固体碳在惰性气体He或Ar保护下的气化过程。两种方法都同时生产出多种空心富勒烯和多种内嵌金属富勒烯，而且内嵌金属富勒烯的含量相对于空心富勒烯而言都是很低的。因此，要想得到某个特定的富勒烯或内嵌金属富勒烯，必须将它们从这些混合物中提取、分离出来。